לכוכבים בעלי מסה גבוהה יש מסה פי כמה מזו של השמש. כוכבים אלה רבים פחות ביקום מכיוון שענני גז נוטים להתעבה לכוכבים קטנים יותר. יתר על כן, יש להם אורך חיים קצר יותר מכוכבים בעלי מסה נמוכה. למרות מספרם המצומצם, לכוכבים אלה יש עדיין מאפיינים מאוד מובחנים ובולטים.
כל הכוכבים מונעים על ידי היתוך גרעיני בבסיסם. כוכב מבלה את מרבית חייו בשלב המכונה הרצף הראשי, ובו מתמזג אטומי מימן להליום. לכוכב בעל מסה גבוהה יהיה יותר מימן לשרוף בתהליך זה. האנרגיה המשוחררת בתהליך זה תשמור על טמפרטורות גבוהות יותר והכוכב, בתורו, ישרוף יותר מימן מכוכב בעל מסה נמוכה. לפיכך, כוכבים בעלי מסה גבוהה שורפים את האנרגיה שלהם מהר יותר מכוכבים בעלי מסה נמוכה. כוכב בעל מסה פי עשרה מזו של השמש יכול לחיות ברצף הראשי של 20 מיליון שנה, ואילו כוכבים בעלי מסה נמוכה, כמו כוכבים ננסיים אדומים, עשויים להיות בעלי אורך חיים ברצף הראשי הגדול יותר מהגיל הנוכחי של עוֹלָם.
כוכבים מחולקים למעמדות שונים על פי מאפייניהם הספקטרליים. הכיתות הספקטרליות העיקריות, לפי סדר הטמפרטורה יורד, הן O, B, A, F, G, K ו- M. שיעורים אלה תואמים גם את מסת הכוכבים, כאשר כוכבי O-class הם המסיביים ביותר. השמש היא כוכבת בכיתה G. לכוכבים מסוג M יש מסה של בערך 10 אחוז מכמות השמש וטמפרטורת פני השטח שלהם היא בין 2,500 ל -3,900 ק '. לעומת זאת, כוכבים מסוג O יכולים להיות בעלי מסה גדולה פי 60 מזו של השמש וטמפרטורות פני השטח נעות בין 30,000 ל- 50,000 K. מחלקה ספקטרלית B כוללת כוכבים עם מסות בסביבות פי שניים או שלוש ממסת השמש לכדי פי 18 ממסת השמש. הטמפרטורה של כוכבים מסוג B נעה בין 11,000 ל -30,000 K. מחלקות הספקטרום A ו- F כוללות כוכבים המסיביים מעט יותר מהשמש.
כוכבים המסיביים פי 1.3 לפחות מהשמש יכולים לעבור מיזוג מסוג אחר מזה שנראה ברוב הכוכבים האחרים. כוכבים פחות מסיביים עוברים היתוך מימן במהלך חיי הרצף העיקריים שלהם והתמזגות הליום בחייהם המאוחרים יותר. כוכבים מסיביים יותר יכולים ליצור הליום באמצעות היתוך מימן, כמו גם בתהליך פחמן-חנקן-חמצן. זה מאפשר לכוכבים האלה להמשיך לשרוף גם לאחר מיצוי כל המימן והליום. בתורם, כוכבים בעלי מסה גבוהה אלה יכולים להתיך אלמנטים גדולים יותר ויותר בחייהם המאוחרים יותר.
בסוף חייו של כוכב בעל מסה גבוהה, ליבתו מורכבת מברזל. ברזל זה יציב, ולא יעבור היתוך. בסופו של דבר, ליבת הברזל קורסת בגלל כוח המשיכה, והכוכב יכול להתפוצץ כסופרנובה. תלוי במסת הכוכב, ליבת הכוכב יכולה להפוך לכוכב נויטרונים או לחור שחור. נקודות קצה אלה שונות מאוד מרוב הכוכבים האחרים, המסיימים את חייהם ככוכבים ננסיים לבנים לוהטים יותר.